48-Volt-Hybridantrieb von Continental für den Renault Scénic

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Continental hat mit der Serienproduktion eines Niedervolt-Hybridantriebs begonnen. Er soll ab Ende 2016 bei dem französischen Automobilhersteller Renault zum Einsatz kommen. Der Zulieferer elektrifiziert je eine Dieselvariante der neuen Renault-Modelle Scénic und Grand Scénic. Mit dem als "Hybrid Assistent" angebotenem System kommt ein 48-Volt-Hybridantrieb erstmals in Serienfahrzeugen zum Einsatz.

Die Serienlösung kombiniert einen wassergekühlten Induktionsmotor mit einem integrierten Wechselrichter. Der Elektromotor wirkt dabei über einen Riementrieb direkt auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors – eine Anordnung, die von Experten als P0-Topologie bezeichnet wird. Auf Basis eines modularen Baukastensystems für 48-Volt-Antriebe sollen bald weitere Serienanläufe realisiert werden.

Die 48-Volt-Technik gilt als vielversprechend. Die im Vergleich zu konventionellen Hybridfahrzeugen niedrige Spannungslage soll eine deutliche Verbrauchseinsparung bei moderaten Mehrkosten ermöglichen. Daher rechnet Continental mit einer schnellen Marktdurchdringung: Bereits im Jahr 2020 sollen weltweit vier Millionen Fahrzeuge mit Niedervolt-Hybridantrieben produziert werden. Für 2030 prognostiziert der Zulieferer einen weltweiten Markt von rund 25 Millionen Neufahrzeugen. Bei der Entwicklung des Baukastensystems haben die Ingenieure bei Continental daher besonderen Wert auf einen hohen Wirkungsgrad des Gesamtsystems, eine einfache Adaption an bestehende Fahrzeug-Antriebsstrangkonzepte sowie eine hochautomatisierte, kosteneffiziente Fertigung gelegt.

Wassergekühlter Induktionsmotor sorgt für hohe Rekuperationsleistung

Der Wirkungsgrad eines 48-Volt-Systems ist wesentlich davon abhängig, wie hoch die zur Verfügung stehende Antriebs- und Regenerationsleistung im Dauerbetrieb ist, erklärt Continental. Daher setzt der Zulieferer auf einen wassergekühlten Induktionsmotor, der direkt an den Motor-Kühlkreislauf angeschlossen werden kann. Dadurch sei es möglich, auf dem Bauraum eines konventionellen Startergenerators eine Maschine zu realisieren, die je nach Ausführung dauerhaft eine Leistung von sechs Kilowatt und ein Drehmoment von 60 Newtonmeter bereitstellt. Durch die Übersetzung im Riementrieb könnten bis zu 150 Newtonmeter auf die Kurbelwelle übertragen werden. Innerhalb des Baukastensystems wird die Antriebsleistung allein durch die Länge des Motors variiert. Der Wechselrichter auf Basis eines Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (Mosfet) ist platzsparend in den Gehäusedeckel integriert. Zum Baukastensystem von Continental gehört zudem ein DC/DC-Wandler, der eine Anbindung des 48-Volt-Systems an das Fahrzeugbordnetz ermöglicht. Dadurch sei es möglich, einen Teil der im Lithium-Ionen-Akku gespeicherten Energie auch für die Stabilisierung des Bordnetzes zu verwenden.

Die einfache Adaption an bestehende Antriebsstrang-Konzepte sei ein wesentlicher Vorteil des von Continental verfolgten P0-Konzeptes. Sie ermöglicht eine Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors. Die in Versuchsfahrzeugen nachgewiesene Verbrauchseinsparung sei mit 13 Prozent im Neuen Europäischen Fahrzyklus erheblich, so Contionantel. Im Realverkehr – vor allem in der Stadt – wäre die Einsparung durch den höheren Anteil an Rekuperationsphasen noch höher, sie könne bis zu 21 Prozent betragen. Dazu trägt auch bei, dass der Verbrennungsmotor beim Heranfahren an eine Ampel bereits bei Geschwindigkeiten von weniger als 20 km/h abgeschaltet werden kann. Gestartet wird der Verbrennungsmotor stets mit dem 48-Volt-Antrieb innerhalb von 0,2 Sekunden – ein konventioneller Starter benötigt rund die doppelte Zeit. Wird der 48-Volt-Antrieb wie bei seinem ersten Serieneinsatz mit einem Dieselmotor kombiniert, ergibt sich ein weiterer Effekt: Die vor allem beim Beschleunigungen aus niedriger Drehzahl heraus entstehenden Stickoxidemissionen sinken um bis zu zehn Prozent, da ein Teil des benötigten Drehmomentes über den Elektromotor erzeugt wird.

Neue Verfahren für die Produktion des Elektromotors

Um eine kosteneffiziente Produktion mit hoher Stückzahl zu ermöglichen, hat Continental neue Verfahren für die Produktion des Elektromotors entwickelt. So wird der Kupferdraht für den Stator nicht gewickelt, sondern aus einzelnen Kupferstäben gesteckt. Kombiniert mit innovativer Verbindungstechnik soll diese Bauweise nicht nur eine hochautomatisierte Fertigung ermöglichen, sondern auch eine höhere Packungsdichte – und damit mehr Leistung auf gegebenem Bauraum.

Continental will die 48-Volt-Technik permanent weiterentwickeln. Neben der Optimierung aller Komponenten für die P0-Anordnung stehe dabei eine weitere Systemkonfiguration im Vordergrund: Bei der P2-Anordnung befindet sich der Elektromotor zwischen Motor und Getriebe. Er kann so völlig unabhängig vom Verbrennungsmotor betrieben werden, sodass auch mit einem 48-Volt-Antrieb elektrisches Fahren mit Geschwindigkeiten bis zu kurzzeitig 50 km/h möglich ist. Eine solche Lösung, die im Verbund mit weiteren effizienzsteigernden Maßnahmen bis zu 25 Prozent Verbrauchseinsparung ermöglichen soll, hat Continental gemeinsam mit Schaeffler zum ersten Mal zum Wiener Motorensymposium 2016 präsentiert .